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1、 本科毕业设计（论文）基于CAD技术的接触网站场平面设计（福厦城际A站）STATIONS PLANE DESIGN OF CATENARY BASED ON CAD TECHNOLOGY（THE FUXIA INTERCITY A STATION）年 级: 学 号: 姓 名: 专 业: 铁道电气化指导老师: 2011年 6 月本科毕业设计（论文） 第41页院 系 电气工程系 专 业 电气工程自动化 年 级 2007级 姓 名 题 目 基于CAD技术的接触网站场平面设计（福厦城际A站） 指导教师 评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年
2、 月 日 毕业设计（论文）任务书班 级 电气2007级1班 学生姓名 学 号 发题日期：2011年2月28日 完成日期：2011年6月24日题 目 基于CAD技术的接触网站场平面设计（福厦城际A站） 1、本论文的目的、意义 接触网是电气化铁道中主要供电装置，接触网平面设计特别是接触网站场平面设计是施工设计的重要内容。从现场设计、施工等部门来看，接触网平面设计占用了大量人力，花费过多精力。 随着计算机技术的发展，近年来CAD技术在该领域得到了广泛应用，设计等部门普遍采用CAD技术进行辅助设计，节约了大量人力及精力，为该领域指明了发展方向，基于高速电气化铁路近年来飞速发展的需求，对电化专业而言掌握
3、高速接触网平面设计及相关知识就显得非常重要。本论文的目的是通过毕业设计，掌握高速接触网平面设计及CAD技术的应用。 2、学生应完成的任务 完成指定车站（福厦城际A站）站场平面设计所需的必要计算。 完成应用CAD技术的站场平面布置图。 完成一跨距吊弦长度计算 完成CAD原始图纸的整理工作 3、论文各部分内容及时间分配：（共 17 周）第一部分 收集相关资料文献，掌握AUTO CAD应用。 ( 3 周) 第二部分掌握高速铁路站场平面设计方法。 ( 4 周) 第三部分相关计算。 ( 3 周)第四部分站场平面布置图。 ( 3 周) 第五部分完成论文写作及整理。 ( 3 周) 评阅及答辩审定、装订，答辩
4、。 ( 2 周)论文整改整改 ( 1 周)备 注 计算原始条件如下： 一、线路条件：按站场线路实际条件考虑。 二、技术条件： 正线：JTMH-120(20KN)+CTSH-150(25KN)全补偿链形悬挂； 站线：JTMH-95(15KN)+CTSH-120(20KN)全补偿链形悬挂； 结构高度1.7m；导高5.4m；土壤特性；挖方地段；安息角300。 三、气象条件：第I区气象区 四、设计时速：时速250公里 指导教师： 2011年 2 月 28 日审 批 人： 2011年 2 月 28 日摘 要现代高速铁路绝大多数都是采用电力牵引方式。接触网设计特别是高速接触网设计过程包含了大量的设计计算、
5、绘图、校验等工作。单靠人工设计工程量大，且质量难以保证。为了减少接触网设计人员的工作负担，缩短设计周期，提高设计质量，保证电气化铁路运行的安全性和可靠性，使用计算机辅助设计是非常必要的。本设计是基于CAD制图系统进行站场接触网的平面设计，完成了福厦城际A站的250km/h高速铁路接触网平面布置图的设计和绘制。本次设计就是采用AutoCAD2007为制图工具，依据相应的计算结果、站场气象条件和地质条件等对正线和站线进行相关的跨距的选择，支柱布置和类型选取以及锚段长度的划分，再按照设计手册中的相关要求在表格栏中对侧面限界、支柱类型、地质情况、安装图号等进行相应的表述。高速接触网与普速接触网无论在设
6、计还是施工方面，都有着许多的不同之处。因此，在本设计中运用了普速接触网所没有的技术。同时，本设计还注重各方面的因素考虑，以使本设计在技术、经济、美观方面都达到基本的要求。另外，在设计后期，本文对接触网的特点进行了分析，对高速接触网与普速接触网的主要差异进行了探讨，对高速铁路接触网部分施工关键技术进行了阐释，为设计和施工提供必要的参考与指导。 关键词 高速铁路；接触网；平面设计；CADAbstractMost modern high-speed railway is adopted electrical traction. Catenary design but especially in hi
7、gh-speed catenary design process contains a large amount of job like design calculation, drawing, checking,and so on. The project amounts are big if it depends solely on a manpower designing, and it is difficult to guarantee the quality. In order to reduce the contact network designers work, shorten
8、 the design cycle, improve design quality, and ensure the safety and reliability of electrified railways operation, the use of computer-aided design is very necessary. The design which is based on the CAD drawing system has finished Stations Plane Design of catenary, completed the Fuxia A station 25
9、0km/h high-speed railway catenary floor plan design and drawing. This design is the use of AutoCAD2007 as mapping tools, according to the corresponding results, station weather conditions and geological conditions on the line and station lines are related to the choice of the span, pillar layout and
10、 type selection and the anchor length of the division, Then in accordance with the relevant requirements of the design manual column in the table on the side of the gauge, pillar type, geology, such as installation of the corresponding figure number expressed.High-speed catenary and the normal-speed
11、 catenary design or construction, have a lot of difference. Therefore, the technology which this design used does not make use of by the normal-speed catenary design.At the same time, pay attention to all aspects of design considerations to enable the design of technical, economic, and aesthetic asp
12、ects of basic requirements to meet. In addition, late in the design, the paper touches the characteristics of catenary, discussed the mayor differences between the high-speed catenary and the normal-speed catenary, explained the key technology of the high-speed railway catenary construction to provi
13、de necessary reference and guidance.Key words High-speed railway；Catenary；Plane design；CAD目录第1章 绪论11.1 高速接触网的特殊性11.2 高速接触网的技术特征31.3 高速接触网与普速接触网的主要差异4第2章 接触网平面设计的相关计算62.1 原始资料62.2 接触网负载计算62.2.1 线索资料62.2.2 其他相关资料72.2.3 负载计算72.3 吊弦计算82.3.1 基本条件分析82.3.2 参数说明92.3.3 计算内容9第3章 福厦A站接触网站场平面设计123.1 站场接触网平面设计程序
14、123.2 硬横跨的选择133.3 硬横跨结构型式及组成：133.4 线索选取143.5 单线支柱选用153.6 支柱基础选用163.7 锚段的划分173.8 锚段关节183.8.1 五跨绝缘锚段关节183.8.2 四跨非绝缘锚段关节193.9 之字值与拉出值的确定193.10 跨距选择203.11 咽喉区放大图203.12 线岔选用213.12.1 交叉线岔布置213.12.2 无交叉线岔233.13 隧道中的平面布置243.14 接触线高度与结构高度的选择243.14.1 接触线高度243.14.2 结构高度253.15 侧面限界的选用253.16 悬挂方式的选定253.17 安装图号26
15、3.17.1 下锚柱安装参考图号263.17.2 道岔柱安装参考图号273.17.3 中间柱安装参考图号283.17.4 转换柱安装参考图号29第4章 结合图纸的相关说明304.1 硬横跨的防腐要求304.2 区间支柱的说明304.3 隧道地段改为普通地段304.4 支柱布置314.5 线岔说明324.6 支柱容量校验324.6.1 中间柱校验324.6.2 转换柱的校验334.6.3 下锚柱校验34总结35致谢36参考文献37第1章 绪论为了提高列车的运行速度，节省能源消耗，高速铁路一般采用接触网供电方式。接触网能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上安全，高速运行。并能节省投资、
16、结构合理、维修简便、便于新技术的应用。因此，对于铁道电气化专业的本科学生来说，了解和掌握高速接触网平面设计是必须的。接触网平面设计是接触网设计的重要环节，是施工工程的重要依据，是高速电气化铁路接触网设计中的关键技术。基于高速铁路、客运专线飞速发展的今天，对于我们电化专业的学生来说，掌握高速铁路接触网平面设计和相关知识显得尤为重要。因此，通过本课题的研究，一则能够深化和巩固学过的高速电气化铁路接触网技术的理论基础，培养自己的独立设计能力，熟悉接触网平面设计过程和技巧；并根据工作去向，重点讨论和研究相关工作领域内容和技术，解决设计、施工和运营中的一些工程技术问题，为以后的接触网工作奠定坚实的基础。
17、在本研究课题中，将尽力采用众多的计算机技术来进行接触网的平面设计工作。提高工作效率，简化工作流程，提高设计质量，为高速电气化铁路做出应有的贡献。研究设计福厦城际A站接触网平面布置图，其中包括如下内容：确定接触悬挂类型；支柱的位置、类型及数量；锚段的划分及走向；拉出值的大小和方向；支柱的侧面限界；支持装置类型及相应安装图号；地质条件、基础及横卧板的设置情况；咽喉区的放大图；接触线高度；供电与分段的情况；特殊设计等。并运用CAD技术完成设计。研究接触网设计计算，其中包括：接触网负载计算、一跨距吊弦长度计算等。了解高速接触网与普速接触网的主要异同点，学习高速铁路接触网施工的关键技术。1.1 高速接触
18、网的特殊性高速接触网的特殊性主要表现在以下几方面：1. 接触网具有明显的周边环境特性接触网必须沿路轨架设，路轨四周各类建筑物、电力输电设施、通讯信号设施与接触网之间相互影响，接触网的设计、施工、运营都须充分考虑“接触网与电力输电线之间的距离；接触网与轨道信号电路和附近通讯线路之间的干扰；接触网与受电弓及其它建筑物限界”等问题，将接触网与其四周设备的相互影响减少至最低程度，确保接触网与这些设施或设备之间的绝缘安全和电磁安全。2. 接触网具有明显的气候特征接触网是露天设备，大气温度、湿度、冰雪、大风、大雾、污染、雷电等各类气候因数对接触网的作用十分明显，接触网的机电参数，如线索驰度、线索张力、悬挂
19、弹性、零部件的机械松紧度及空间位置、设备的绝缘强度、线索的载流能力、弓线间的磨耗关系等都会随气象条件的变化而变化，突然的气候变化还可能造成重大的行车事故。接触网的运营维护工作和接触网设计计算工作中绝大多数内容是与气象条件相关的。3. 接触网具有明显的无备用特性接触网是一个综合供电系统，由于技术和经济的原因，接触网设备是无备用的，无备用性决定了接触网的脆弱和重要性，一旦出现事故，必将影响列车的运行，造成一定的经济损失。解决这一问题的最好途径是：提高接触网的可靠性，实现接触网的状态修。4. 接触网具有明显的机电复合性接触网是一电力输电线，它具有电力输电线所不具有的一切特性，它必须遵循电力输电的一切
20、规律和要求，但接触网又具有一般电力输电线所不具有的特殊性，这种特殊性是由弓网系统的特殊性所决定的，弓网关系要求接触网必须具有稳定的空间结构，稳定的动静态特性、足够高的波动速度，因此、接触网除了应有良好的电气性能之外还必须具有良好的机械性能，它是一个庞大的机电系统。5. 接触网负荷具有明显的不确定性和移动性接触网所承担的电力牵引负荷是高速移动的，正因为这一特点使弓网关系成为高速电气化铁路的核心问题之一；不确定的和随机的，负荷变化使接触网经常承受较大冲击，为保证接触网正常运行，接触网必须具备较强的过负荷能力。负荷不确定性对接触网的寿命和安全造成较大的负面影响。6. 接触网具有明显的多学科交叉特性接
21、触网工程涉及电气、机械、力学（弹性力学、振动学、材料力学、空气动力学、计算机仿真学等）、地质、材料、环保等多科学领域。因此，在外人看来十分简单的接触网，其本质确是多学科交叉形成的应用型学科，为取得接触网理论研和工程实践的突破性发展，我国急需培养既懂机、电，又懂力、材的复合型人才。1.2 高速接触网的技术特征结构上的技术特征，总括起来有以下几点：1. 全补偿悬挂结构由于接触悬挂是露天装置，因此，大气温度对它的将产生较大的影响，在温度发生变化的时候，线性生产不应影响张力的变化。为保证良好受流，在设计时根据线索的材质、强度和截面积，一般张力选取为1025KN，综合张力不宜超过50KN。为保证接触线和
22、承力索的恒定张力，通常采用全补偿的链型悬挂结构。计算表明，综合张力过大，其弹性性能变低，受流质量下降。2. 整体吊弦在高速接触网接触悬挂中，吊弦是其中的主要环节，为适应高速的要求，吊弦向整体式和轻型化发展，过去采用的环节吊弦逐步被淘汰，而改为采用整体式吊弦，同时相应的加大了吊弦的密度。根据计算和试验，吊弦密度太疏了效果不好，因为接触线存在自重负载的影响，在两根吊弦之间要产生寄生弛度，这种寄生弛度和吊弦的支持作用，造成受电弓运行的不平滑性。但是吊弦密度过大，吊弦支持点过密，将会破坏接触悬挂的柔性状态。经过计算机的优化，其吊弦间距一般以8-12m为宜。但在支柱点处，距悬挂点处两侧的简单支柱吊弦相距
23、越近，则悬挂点处的弹性性能将显著变差。3. 锚段关节随着列车速度的提高，在锚段关节处，有一个区段是受电弓同时接触两组悬挂，这时悬挂重量相对加大，在高速运行时，受电弓的抬升量就要减小，相应的会增加接触线和受电弓的磨损，缩短其使用寿命。因而不同的运行速度，其锚段关节的结构参数也应有相应改变，适应不同运行速度的接触悬挂所采用不同的锚段关节类型。在高速接触悬挂中，一般采用五跨绝缘锚段关节作为高速接触悬挂的电分段方式，这时的转换点在跨中，这样就有效的避免了硬点的产生。4. 轻型定位器在每一个定位点处，都必须设置定位器。在高速运行时，该处就是一个集中硬点。而且，速度越高，所反应的硬点越明显。为了解决这个问
24、题，各国都采用铝合金的轻型定位器，这样既减小了硬点，又提高了定位器的灵活性。同时，由于速度的提高，接触线也会产生相应的动态抬高，为了不产生打弓，有些线路还采用弓形定位器。根据不同线路，多数是加设限位装置和防风装置，以便在高速运行时，防止过多抬高和保持相对稳定。5. 减小接触线坡度高速运行中的列车，若接触线的坡度较大，在变坡点必然会引起火花或对受流的破坏，影响十分明显，高速接触网对坡度值的要求是较为严格的，其值不应大于0.3%，一般控制在0.15%以内。1.3 高速接触网与普速接触网的主要差异根据线路的设计速度，接触网可分为普速接触网（运行速度在160km/h）、准高速接触网（运行速度在1602
25、00km/h之间）和高速接触网（运行速度在200km/h以上）。高速接触网与普速接触网比较，在悬挂方式、线索材质、线索张力、电气强度、机械强度、结构稳定性、悬挂弹性及均匀性、悬挂抬升量、导线高度及其变化率、弓网振动特性等方面的技术要求均比普速接触网的技术要求高。在接触网的设计、施工、运营工作中，普速接触网一般比较侧重于弓网关系中的几何关系，如拉出值、导高、定位器坡度、绝缘间隙、限界等，在高速接触网中，几何关系是弓网安全运行的基础，要想保证受流质量，弓网系统在高速运行下的动态特性、电气稳定性、机械稳定性是核心。表1-1 高速接触网与普速接触网的大致比较对比项目昔速接触网高速接触网基本结构悬挂类型
26、半补偿和全补偿链形悬挂全补偿链形悬挂支持装置以柔性支撑为主以刚性支撑为主定位装置普通定位器高强度轻型组合定位器锚段关节以3、4跨锚段关节为主以4、5跨锚段关节为主分相结构器件式带中性段锚段关节式线岔形式以小号道岔对应的交叉线岔为主，采用标准定位以大号道岔对应的交叉线岔和无交分线岔为主，无标准定位基本参数及动态特性最大跨距(m)6560结构高度(m)1.1l.71.3l.6正线导线高度(m)5.86.05.35.8导线高度变化率不大于0.5不丈于0.3吊弦布置间距(m)5+5*10+5吊弦间距9米，弹性吊弦8米吊弦形式普通吊弦整体吊弦预留弛度(mm)无预留弛度060之间预留平均弹性0.45左右0
27、.7左右弹性差异系数50左右20以下波动速度不考虑是决定要素，须充分考虑综合补偿张力2.5t3.5t5.5t动态抬高不考虑充分考虑并加以限制弓网关系接触压力只考虑接触力的静态值除考虑静态值外，还考虑最大偏差机械磨耗考虑井加以限制考虑并加以限制电气磨耗几乎不考虑确定滑板和接触线材料的重要因素动态包络线上下左右100mm上下左右200mm400mm线材承力索GJ-70 TJ-90THG-95 THG-120接触线钢铝线、黄铜线以银铜线、镁铜线为主高速受流要求接触网线应具有：良好的导电性能，导电率最好保持在90以上；良好的机械性能，能承受受因提高波动速度而施加的张力并满足安全要求；良好的耐磨性能，能
28、满足设计所需的磨耗率和使用寿命；良好的耐热性能，能防止过负荷电流或短路电流引起的热软化或熔断；良好的疲劳特性，能防止接触线上下扰动所形成的疲劳断裂；良好的抗蠕变特性，在实际工作环境下所产生的导线表面波状变化应在可控范围以内，不因此引起拉弧或离线。第2章 接触网平面设计的相关计算2.1 原始资料1线路条件：按站场实际线路条件考虑 2气象条件：第I典型气象区 , ,，3技术条件： 接触线高度：5.4m； 结构高度：1.7m； 悬挂数据：正线：JTMH-120(20KN)+CTSH-150(25KN) 站线：JTMH-95(15KN)+CTSH-120(20KN)； 悬挂形式：正线站线均为全补偿简单
29、链型悬挂； 土壤特性：挖方地段 。2.2 接触网负载计算2.2.1 线索资料表 2-1 承力索的规格结构及尺寸性能承力索股数标称截面积（）计算截面积（）计算外径（）拉断力不小于（KN）单位质量（）JTMH-120(正线)19120116.9914.067.571065JTMH-95（站线）199593.2712.554.76849表 2-2 接触线的规格结构及尺寸性能接触线标称截面积（）计算截面积（）截面直径A（mm）截面宽度B（mm）参考单位质量（）CTSH-150(正)15015114.4014.401350CTSH-120(站)12012112.9012.9010822.2.2 其他相关
30、资料自由落体重力加速度；吊弦及线夹的单位长度重力负载；风速不均匀系数=0.75；线索风负载体型系数1.25。2.2.3 负载计算1自重负载 正线： 站线：2覆冰负载 由于该站处于第I典型气象区，覆冰厚度为0，故不需计算。3单位长度风负载 正线：承力索JTMH-120： 接触线CTSH-150： 站线：承力索JTMH-95： 接触线CTSH-120： 4合成负载 在线索同时承受垂直负载和水平负载时，合成负载是它们的几何和。在计算链形悬挂的合成负载时（是对承力索而言的），其接触线上所承受的水平风负载被认为是传给了定位器而予以忽略。覆冰合成负载又因覆冰厚度为0，故也不需计算。 最大风速时合成负载 正
31、线： 站线：2.3 吊弦计算本计算参考铁道机车车辆1988年第2期 吕月朝 简单链形悬挂吊弦长度计算吊弦是链形悬挂的重要组成部件之一，接触线通过吊弦挂在承力索上，调节吊弦的长度可以保证接触悬挂的结构高度和接触线距轨面的工作高度，增加了接触线的悬挂点，提高电力机车受电弓的取流质量。2.3.1 基本条件分析简单链型悬挂的基本图如图2-1 所示，从图的几何关系中可以看出，当等于零时，即为等高悬挂，否则不管是正还是负，都为不等高悬挂。在本文的计算推导中，我们作了以下的假设条件： 图2-1简单链型悬挂的基本图承力索及接触线为理想的柔软索，只能承受沿其轴线方向的拉力，忽略其刚度的影响（接触线及承力索细长比
32、很大，可忽略其刚度）；承力索及接触线自身质量沿X 方向均匀分布，在受力分析时考虑其数值，但不再画出其分布图；每根吊弦的质量由两部分组成： 固定质量（吊弦的上下线夹、紧固螺栓、基本接头质量总和）及长度质量（随吊弦长度变化而改变的质量，若每根吊弦质量为确定数值，则长度质量为零）；不考虑预留弛度（基本不使用预留弛度）。2.3.2 参数说明跨距 结构高度 左右定位点高度差 接触线张力 承力索张力 接触线线密度 承力索线密度 吊弦线密度 吊弦固定质量 跨距结构高度H=1.7m 承力索张力接触线张力 吊弦的固定质量吊弦线密度 定位点高度差均匀布置7根吊弦2.3.3 计算内容（1）由设计参数确定每根吊弦的x
33、坐标值，即（=0）按设计规范要求及吊弦均匀条件求得0、4、11、18、25、32、39、46（2）第根吊弦相对接触线左定位点的高度值 （2-1）0、0、0、0、0、0、0、0（3）计算每根接触线上吊弦处的悬挂力 （2-2）7.425、9.45、9.45、9.45、9.45、9.45、7.425（4）承力索在第根吊弦上产生的拉力 （2-3）其中首次计算7.455、9.48、9.48、9.48、9.48、9.48、7.455（5）计算承力索左支点的支反应力为 （2-4）计算得（6）承力索Y坐标指的是承力索上各点相当于承力索左侧悬挂点A的位移值（如图3-6），计算承力索每根吊弦处 （2-5）-0.1
34、113、-0.2594、-0.3482、-0.3777、-0.3480、-0.2590、-0.1108图2-2第i根吊弦左侧承力索受力图（7）计算接触网线上每根吊弦的长度 （2-6）1.5887、1.4406、1.3518、1.3223、1.352、1.441、1.5892根据高速铁路设计规范（试行）11.5.3（5）：结构高度宜选用1.6m，速度在250Km/h区段，最短吊弦长度不小于500mm。第3章 福厦A站接触网站场平面设计3.1 站场接触网平面设计程序1放图站场的放图一般根据战场的大小，其比例取1：1000对于小站也可以取1：2000。放图包括下列内容： 全部电化股道（含远期电化股道）及与架设接触网有关的非电化股道； 道岔型号、类型、编号及其理论岔心的坐标； 曲线起讫点、曲线半径及缓和曲线长度； 桥梁名称、中心里程标、结构类型及总长度； 隧道长度、起讫里程； 涵管、平交道、地道、天桥、跨线桥、架空渡槽等中心坐标及宽度； 站场名称、中心里程标、站台范围及与架设接触网有关的建筑物（如站舍、雨棚、货仓、水鹤